摘要: 为了对阀门进行远程监控,本文作者通过CAN总线将各个阀门电动执行器连接在一起,在与上位机相连时,选择了CAN接口卡,并对通信的数据格式进行了定义,从而编写了上位机界面程序,其中对于一个CAN节点也进行了电路设计。
关键词: 阀门电动执行器CAN总线CAN-bus远程通讯监控
1.前言
在工业生产中阀门电动执行器的应用越来越广泛,为了实现对阀门的远程控制,阀门电动执行器应当具有网络化控制的接口。通过网络接口,阀门电动执行器可以接受中央计算机的控制。目前主要的现场总线有五种:CAN(Control Area Network)总线,FF(Foundation Fieldbus,基金会现场总线),Profitbus(Processfieldbus),Lonworks(Local Operating Network,局部操作网络),HART(Highway Addressable Remote Transducer)。其中CAN总线因为具有突出的差错检测机制,抗干扰能力强,价格低廉,故笔者采用了CAN总线来实现电动执行器的网络连接[1]。
2.CAN-bus远程监控实现探讨
要想使PC机方便地连到CAN总线上,实现CAN连接通讯,需要CAN-bus接口卡来实现连接功能。各个型号的CAN接口卡可以通过PCI、ISA、USB、COM、LPT、LAN接口与PC进行连接。采用的是PCI-9840四路非智能CAN接口卡[2]。
PCI-9840非智能CAN接口卡是一款高性能价格比的CAN-bus总线通讯适配卡,集成4路电气隔离的CAN通道,使PC机方便地连接到CAN总线,实现CAN2.0B协议(兼容2.0A)的数据通讯。该接口卡符合PCI2.1规范,硬件上采用SMD表面安装技术,集成光电隔离模块,实现完全电气隔离的CAN接口,PCI控制电路,抗干扰能力强,是一款硬件上更稳定、更可靠的CAN接口卡。
PCI-9840非智能CAN接口卡产品提供强大的软件支持,其中包括测试工具、多语言版本的简单应用例程。软件支持通用的ZLGVCI驱动程序接口,可进行软件上完全独立的4通道CAN相关操作,驱动支持Linux、Win98、Win2K及WinXP,适合于不同层次的开发人员在VC++、VB、Delphi和C++Builder等开发环境下进行设计,实现CAN-bus在高层协议中的应用。
ZLGCAN系列接口卡还向用户提供一个附加的小型CAN-bus数据监控分析软件ZLGCANtest软件,供用户分析、控制、测试CAN-bus总线上的传输数据。
以下是笔者设计的CAN-bus远程通讯监控实现结构图:
3.阀门电动执行器与上位机在应用层的数据帧
上位机主要对下位机进行阀门开度和流量的设定,可定义如下数据帧:
Typedef struct HostCmd
{ char CommandCode;?摇?摇 ?摇 //---操作指令
unsigned char ValveAdd;?摇?摇?摇?摇 ?摇 //---阀门地址
char[n]CommanData; ?摇?摇?摇?摇?摇//----设定数据
}
其中命令码CommandCode规定进行何种操作。
定义如下:
#define SET_OPEN 0X32?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇//---设置开度
//(数据0~100,占用一个字节)
例如给第3号阀门设定开度是75%,则按HostCmd的数据结构给阀门发送的是数据为{0x32,0x03,0x4B}
#define SET_FLOW 0X33?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇//------设置流量
例如给第13号阀门设定流量是100L/min,则按HostCmd的数据结构给阀门发送的是数据为{0x82,0x0D,0x64}
4.上位机通讯程序的设计
如图2所示,本系统利用VB设计了如下上位机监控界面:
在本系统中,操作人员可以对阀门的开度和流量进行远程设定,阀门的工作状态参数可以通过CAN通讯在上位机中实时显示出来,观察非常方便。
5.CAN节点的设计
由CAN-bus远程通讯监控结构图可以看出,在使用CAN连网时,电动执行器是网络中的一个节点。以下对电动执行器的控制器与CAN-bus的连接进行设计。
(1)CAN控制器。采用C8051F040内部集成的CAN控制器。C8051F040内部集成的CAN控制器是Bosch全功能CAN模块的完全实现,完全符合规范CAN2.0B。
(2)CAN收发器。C8051F040内部集成的CAN控制器只是个协议控制器,不提供物理层驱动,所以在使用时还需加CAN总线收发器。笔者采用PHILIPS的PCA82C250,是控制器局域网CAN协议控制器和物理总线之间的接口,可以在低至5Kbps的传输速率下工作,满足远距离传输数据时的低速率要求。
下图为一个节点的CAN收发器的原理图。其中CANTX、CANRX为C8051F040单片机的两个引脚[3]。
6.结语
使用CAN总线技术对阀门实行远程、集散控制非常方便。尤其是在一些人为对阀门观察和设定不太方便的场合,远程通讯技术显得就更为重要了。笔者设计的系统已经在试验室通过了模拟试验,为以后产品化打下了坚实的技术基础。
参考文献:
[1]夏德海.现场总线技术[M].北京:中国电力出版社,2003:1-13.
[2]广州周立功单片机发展有限公司.PCI-9840非智能4通道CAN接口卡[Z].广州周立功单片机发展有限公司.
[3]广州周立功单片机发展有限公司.CAN-bus应用方案(1)[Z].广州周立功单片机发展有限公司.
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